通往低碳未来的更好道路?
研究表明,能够将前期碳排放减少到零的建筑材料是可用的,符合规范且价格合理。
建造超级隔热的房子低能量需求和高度高效的机械系统是建筑商减少温室气体排放的最佳方式,对吗?温室气体排放会导致全球气候变化。
也许不是。在加拿大一所可持续建筑学校的校长的带领下,一群建筑商和设计师得出结论,能源效率只是解决问题的一部分,而计算用于建造房屋的材料中的隐含碳比以前认为的要重要得多。
该集团气候行动的建设者他发表了一份报告,强调了在应对气候变化的努力中计算碳排放的重要性。该报告称,建筑物可以成为重要的碳汇,而不是碳问题的很大一部分。(报告副本已备妥在这里)。
“对建筑相关排放的反应一直只关注能源效率,”报告的引言说,“但这可能会导致增加而不是减少排放的举措和政策。”
作者警告说,净零建筑规范不会在“有意义的时间框架内”充分解决碳排放问题。
该组织认为,建筑以三种方式增加碳排放:
- 前期隐含碳:收集、制造和运输建筑材料所产生的排放。
- 能源效率:建筑物使用的能源量(其能源使用强度,简称EUI)。
- 燃料排放:碳排放可归因于用于加热、冷却和为建筑物供电的燃料。
为了研究这个问题,报告的引言解释说,该小组模拟了两个假设的建筑(一个单户住宅和一个多户住宅),由各种传统和替代建筑材料制成。这些模型包括使用天然气和电力两种不同燃料的不同能源效率水平。然后,该小组对预先隐含碳、燃料源排放和能源效率对总体碳足迹的影响进行了排名。碳排放数据来源于材料制造商发布的《环境产品声明》。
事实证明,在建设后的30年时间里,低碳和碳捕获材料在减少排放方面比能源效率更重要。而且,他们的报告认为,能够将前期碳排放减少到零的建筑材料是可用的,符合规范的,而且价格合理。
报告称:“对于该行业来说,零前期排放是一个现实的选择,不需要改变规范或施工方法,并在整个行业实现大幅减排。”
其他的结论:
- 与使用天然气相比,改用清洁的可再生能源可以减少70%至75%的碳排放。在电网层面对可再生能源的投资是最有意义的。
- 选择合适的材料可以减少150%的前期碳排放,使设计师能够“彻底改变”建筑的碳足迹。
- 将能源效率提高到超过规定的最低限度(至少在加拿大安大略省)是“减少建筑排放的最低效和最昂贵的手段”。
学习始于一篇硕士论文
这项研究于去年11月下旬发表,其基础是美国国立卫生研究院院长克里斯•马格伍德(Chris Magwood)的硕士论文奋进可持续建筑学校在安大略省的彼得伯勒。
马格伍德在接受电话采访时说,他在学校的工作促使他对建筑如何影响碳排放的问题进行了更深入的研究。他的工作成果让他感到惊讶,后来他成立了一个由当地的建筑商、建筑师和建筑官员组成的团体,帮助他把这个消息传播出去。
初步结果于去年春天在波士顿举行的东北可持续能源协会会议上公布。此后,Magwood被邀请在十多个会议上发表他的研究报告。人们的反应不一,有的对解决碳排放问题的机会感到兴奋,有的则是能源效率倡导者的辩护。
“整个气候变化的事情真的会让人不知所措,令人沮丧,”他说,“而且会让人觉得无能为力。当你看到这样的结果时,就像,‘哦,这是一种非常有意义的方式,建筑领域的人们可以通过对我们所做的事情进行相当小的调整来做出看起来相当大的贡献。’”
时间是一个关键考虑因素
净零能耗房屋可能会对未来的碳排放产生重大影响,但如果我们要避免全球气候变化最严重和最具破坏性的影响,我们现在需要更低的碳排放。
报告指出,今天避免的排放比未来避免的排放对减缓气候变化的作用更大。报告补充说,在接下来的十年里,预先隐含的碳排放将比建筑运行产生的碳排放产生更大的影响,包括加热和冷却,以及各种系统的运行。
该研究为单户和多户住宅类型建立了四种假设的建筑结构模型,以说明建筑材料对前期隐含碳排放(UEC)的影响。高UEC[总净碳排放量为每平方米241千克二氧化碳排放量]的建筑2e / m2)]采用了诸如高碳混凝土、挤压聚苯乙烯绝缘材料、砖包层、钢框架、乙烯基窗、瓷砖和地毯地板以及粘土瓦屋顶等材料。
在尺度的另一端,一个有净碳的建筑存储137公斤二氧化碳2e / m2该建筑由绝缘混凝土形式、SCM混凝土(部分波特兰水泥已被其他材料取代的混凝土)、秸秆和木纤维板隔热材料、由压缩秸秆制成的木包层内墙板、木框架窗户、油毡和fsc认证的软木地板以及雪松木屋顶组成。
当这些数字扩大到反映2017年美国低层建筑总量(2.41亿平方米)时,总碳排放量达到5400万吨。从现在到2050年,加上运营碳排放(供暖和制冷),房屋的总碳足迹将会增加。但是,一个使用可再生能源的碳储存建筑将净减少107吨碳排放——负碳足迹。
作者指出:“这项研究的结果表明,我们有能力制造出净零碳足迹的低层住宅建筑,我们甚至可以超越这个门槛,创造出实际上有净碳储存而不是排放的建筑。”
以植物为基础的建筑材料是可用的
该研究推荐了一些植物基建筑材料,因为它们可以在建筑物的使用寿命内防止储存的碳的释放。其中有许多已经在市场上,包括可持续种植的木材、纤维素、稻草捆、大麻纤维和用稻草制成的中密度纤维板。
由农业残留物制成的产品,如稻秆mdf,特别有吸引力,因为原材料已经大量生产。例如,2016年,全球种植了超过20亿吨的谷物秸秆,捕获了近80亿吨的二氧化碳2.
报告称,使用储存碳的产品会影响许多其他领域,包括烟雾和臭氧的产生;湖泊、河流和海洋的酸化;以及有害废物的产生。该报告称这些为“共同利益”。
该报告还指出,它所模拟的储碳材料中,没有一种含有国际未来生活研究所(International Living Future Institute)禁用化学物质红色清单上的化合物。
“随着建筑物的室内环境质量越来越受到关注,转向包括更多碳储存选项的材料调色板似乎可能与之相对应
改善居住者的健康和安全。”
建筑运行产生的排放物
使用天然气供暖的房屋比在安大略省电网上使用空气源热泵供暖的房屋排放的温室气体要多得多2如果使用天然气供暖,排放量可能会高出20倍。就其本身而言,这并不奇怪,但报告还发现,符合法规的房屋和净零排放的房屋之间的碳排放量存在巨大差异。
例如,一个符合规范的单户住宅将产生160公斤的二氧化碳2而净零排放的单户家庭贡献的二氧化碳还不到三分之一,只有50公斤2e / y。一个密不透风的符合规范的房子将产生100公斤的二氧化碳2e / y。换句话说,空气密封房屋可以减少一半的碳排放。
模拟的多户住宅的结果也类似:符合规范的建筑产生750公斤的二氧化碳2而净零排放的多户家庭产生了190公斤二氧化碳2e / y。一个密封的,符合法规的房子排放330公斤的二氧化碳2E /y,不到符合规范的建筑的一半。
相比之下,使用天然气供暖的单户住宅排放的二氧化碳为3000公斤2e / y;多户15000公斤的co2e / y。
密封房屋的模拟温度为1 ACH50,没有升级隔热或窗户质量,这表明空气密封本身对能源消耗和碳排放有重大影响。
也就是说,模型得出的结论是,在30年的时间里,通过选择合适的建筑材料来减少预先的碳排放,比提高能源效率对碳的影响更大。将建筑围护结构从最低标准提高到净零排放,在30年内平均减少了60吨的碳排放量,而在施工时减少隐含碳排放量则使减少量翻了一番,并立即采取了行动。
“我们可以建立和运行最好的传统UEC建筑30年,排放量比高层UEC建筑的前期隐含排放量更少,”报告说。
现在改变是可能的
在减少碳排放的模型中,三种最重要的建筑材料是用于墙壁和阁楼的纤维素隔热材料,木纤维外保温材料,以及含有高比例补充胶凝材料(SCM)和减少波特兰水泥的混凝土混合物。今天都可以买到。
报告称:“设计师和建筑商可以切实可行地实施这种零前期碳建筑,几乎没有什么障碍,这样做可以极大地改变建筑行业的实际碳排放,使住宅UEC对气候的影响接近于零。”
能源效率仍然很重要,但在更长的时间框架内影响最大。
马格伍德说,他希望没有人会把这项研究解释为建造高效节能的房子不重要。“我绝对不希望这项研究引导人们远离能源效率,”他说。“我只是想引导人们理解这是一种平衡。如果你把追求能源效率作为唯一的目标,你可能会产生意想不到的后果。”
虽然最初的研究主要集中在新建筑上,但马格伍德说,他正在进行一项新的研究,将涵盖改造。他的预感是,那里有更大的机会对气候产生影响,因为新建筑中一些碳密度最高的部分——比如地基——通常不是改造的一部分。他说,这份新报告可能会在大约六个月后出炉。
最初发表于GreenBuildingAdvisor.com.
——斯科特·吉布森是《绿色建筑顾问》网站的特约撰稿人良好的住宅建筑杂志。